玉米收获机立式割台

玉米收获机立式割台（精选4篇）

玉米收获机立式割台 第1篇

青贮玉米具有调制方便、耐久藏及养分保存率高的优点,不仅有利于营养物质的全年均衡供应、提高饲料的消化率,而且种植效益好[1]。因此,大力发展青贮玉米种植及其配套收获机具对提高我国畜禽养殖规模、提高人民生活水平具有重要意义。然而,目前国内青贮玉米收获主要靠传统的手工或半机械化作业,部分地区虽引进了一些进口青饲草收获机械,但由于其体积大、成本高、技术操作复杂,不太适应国内用户对青贮玉米收获机械的要求,在一定程度上影响了青贮玉米的推广进程。因此,急需开发出适合我国国情的、非对行收割玉米等高秆作物的玉米青贮机,进一步提高秸秆青贮机械化水平,降低作业成本,提高青贮玉米机械化水平。割台的结构形式及其性能对玉米青贮机的整机性能具有重要的影响。为此,在分析切割原理的基础上,对4S2400型玉米青贮机立式滚筒割台进行了优化设计并做了试验研究。

1 玉米青贮机的基本结构和工作原理

1.1 基本结构

4S2400型非对行全喂入式玉米青贮机主要由牵引装置(拖拉机)、立式转筒割台、分禾器、推禾器、双圆盘切割器、四辊碾压顺序喂入机构、切碎抛送装置、减速机构、带传动系统及导料管等部分组成,其结构如图1所示。

1.2 工作原理

4S2400型玉米青贮机由拖拉机后牵引作业,通过拖拉机动力输出轴经过减速装置驱动立式转筒割台切割器、四辊碾压喂入装置及切碎抛送装置,完成双行青贮玉米的切割、夹持、碾压输送、切割和抛送等收获作业。工作时,拖拉机牵引青贮机顺垄作业,由分禾器将垄内青玉米与其他作物分开,经推禾器向前推倒一定角度后,由锯齿形圆盘切割器将青贮玉米秸秆按调节割茬高度切断;切割下的秸秆被光面辊、预压辊、右喂入辊和左喂入辊理顺、压实并以一定的速度输送到切碎抛送装置,经盘刀式切碎装置上的动、定刀片按照需要长度切碎;然后,由安装(或焊接)于动刀片之间的抛送叶片在高速刀盘的惯性作用下将玉米秸秆经抛送筒、出料口抛送到自配集料斗或跟随运输车上。

2 非对行转筒式割台的基本结构

割台采用立式非对行转筒式结构,转筒底部设计有锯齿形圆盘刀齿切割器。当割台工作时,切割器绕转筒轴线随其高速旋转并切断玉米秸秆[2]。本机设计割幅2.4m(两行),每个切割器的直径610mm,双转筒。由于切割圆盘直径较大,整体式割刀需要较高的强度,加工困难且制造成本高。因此,本机采用在切割器上设计了圆盘刀片座,在圆盘刀片座上安装多把锯齿形切割盘刀,并在其下缘设有两个清洁器,用以清除圆盘刀片和机架之间集聚的杂物,其基本结构如图2所示。

1.集料斗2.拖拉机3.导料管4.切碎抛送装置5.推禾器6.立式转筒割台7.分禾器8.小分禾器

1.小分禾器2.分禾器3.转筒4.扶禾输送齿5.推禾器6.喂入装置

2.1 切割原理分析

青贮机在工作时,圆盘刀片既绕轴线做旋转运动,又随机组向前运动,即做摆线运动。假设圆盘刀片不向前运动,即在原地旋转运动,且刀片跟水平面平行,则圆盘刀片上任意一点的运动轨迹在平面内的投影是圆;当圆盘刀片以此状态向前运动时,刀片上任一点的运动轨迹为余摆线,所扫过的面积为余摆带[3]。为改善刀片切割效果,减小切割功率损失,青饲机盘刀旋转平面与水平面设计有夹角δ,则刀刃的运动方程式[3]为

其中,r为刀片端点半径(m);t为刀片转过的时间(s);ω为刀盘回转角速度(rad/s);θ为刀片端部与盘刀中心连线的夹角(°);v为机组前进速度(m/s);δ为盘刀旋转平面与水平面的夹角(°)。

经整理后,可得

本青饲机正常工作时,δ取9.5°,经计算本机切割速度为36~50m/s。

2.2 切割器

本机采用带切割锯齿的切割圆盘作为切割器,同时为了输送和收集切下的玉米茎秆,设计了与切割圆盘同一轴线回转的双集料滚筒,切割器由锯齿形圆盘刀、传动带轮、轴和轴承等构成[4],结构如图3所示。

工作时,每个滚筒底部的锯齿形切割圆盘以高速水平旋转以收割玉米,切割圆盘上面带齿的滚筒以较低转速旋转将割下来的玉米由外侧向内和向后输送。

青贮机常见的割刀有直线型、光刃圆盘型、曲线型、行星回转型、锯齿圆盘型和星齿型等几种[5]。由文献[5]可知,锯齿圆盘型切割器由于其直径较大,盘刀的质量偏大,加工成本高,自身能耗也较大。为此,本设计采用将8片薄钢板圆弧形锯齿形刀片均匀安装在圆盘刀片座圆周外缘处,使8个刀片随刀盘一起高速旋转[5]。圆盘刀片8片一组安装在圆盘刀片座下缘,在其下缘设有两个清洁器,用以清除圆盘刀片和机架之间集聚的杂物。刀片的材料选用65Mn,厚3mm,结构形状如图4所示。

1.圆盘刀片座2.圆盘刀片3.清洁器

此外,刀片在切割作物时的切割方式对切割效果也有较大影响。其中,滑切是几种切割方式中效果最好的,而滑切角的大小直接影响切碎时的功率消耗。因此,选择合理的滑切角,可减少动力消耗。试验表明,在一定条件下,合适的滑切角可以减小割茬高度、减少摩擦、改善切割质量,但也不能过小,过小则会造成切割后秸秆喂入困难[6]。一般情况下,滑切角在5°~15°之间,本机选取9.5°。

2.3 分禾器

分禾器采用被动式分禾器,上部为圆锥形边缘,兼做收获部分的侧壁。分禾器锥角应满足如下条件[4],有

其中,α为分禾器上边缘的倾斜角(°);η为作用在缠结点上各力相互关系的参数,取0.8~0.9;φ为玉米在分禾器材料上的摩擦角(°);γ为茎秆倾斜角(°)。

分禾器应能使被分离的缠结点移动,以免造成损失,本机分禾器上边缘与水平面夹角设计为33°。

2.4 四辊碾压喂入装置

四辊碾压顺序喂入装置包括4个辊,分别是光面辊、预压辊、右喂入辊和左喂入辊,结构如图5所示。它的作用是将玉米秸秆理顺、碾压,并以一定的速度输送到切碎抛送装置,并在喂入的同时将玉米秸秆夹住,使其顺序输送到切碎装置,以提高切碎质量。

为了保证玉米秸秆在喂入切割装置时夹紧且无相对滑动,将四辊碾压顺序喂入装置的左、右喂入辊设计成齿形辊,即在辊子的外缘圆周上沿轴向均匀设计有多个齿板;在割台后部设计有一个光辊和预压辊,其中光面辊是一个固定滚,其上设有一把刮刀,用以剥离附着在光面辊上的作物或牧草,为保证其剥离效果,在刮刀刃口和光面辊之间留有0.5mm的间隙。预压辊为一浮动齿板辊,用以适应不同厚度秸秆的变化要求,其浮动可通过调节其上的弹簧长度来实现。

1.左喂入辊2.光面辊3.右喂入辊4.预压辊

3 田间试验

试验材料选用唐山市滦南县方各庄镇方各庄村试验基地的乳熟期青贮玉米作为试验材料,株距35cm,行距53cm,平均株高220cm,平均含水率为67.2%(湿基)。2013年10月,河北省农业机械鉴定站对4S2400型青贮饲料收获机进行了性能测试,测试结果如表1所示。

试验结果表明:4S2400型青贮饲料收获机在割茬高度、切碎合格率、损失率及均匀性等方面均优于设计指标该机与中型拖拉机配套,适于青贮玉米、高粱等多种饲料的收获与加工作业。通过测试,立式滚筒割台适合青贮玉米的收获作业,切割效果好。

4 结论

1)该机具有结构简单、切割性能稳定及切割阻力矩小等优点。

2)采用了双圆盘切割器和四辊碾压强制顺序喂入机构有机组合,使秸秆切割、喂入更加流畅。

3)本机具有较好的适应性,即可对行收获,又可以无垄作业。

参考文献

[1]曹洪国.青饲料收获机械概况及展望[C]//中国农机学会收获加工分会2001学术研讨会论文集,北京:中国农业机械学会,2001.

[2]车刚,万霖,张伟,等.青贮饲料收获机实体设计与试验[J].农业机械学报,2010,41(2):82-86.

[3]冯佐龙.4QZ-12型青饲料收获机关键部件的研究[D].保定:河北农业大学,2008.

[4]中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册[K].北京:机械工业出版社,1990.

[5]滕绍民.自走式青饲收割机不分行割台切割机理的研究[D].北京:中国农业机械化科学研究院,2004.

折叠式玉米收获机割台的试验 第2篇

我国玉米种植分布广泛,全国各地均有种植,按种植模式主要分为北方春播、黄淮海夏播、西南山地、南方丘陵、西北灌溉及西藏高原玉米种植区[1]。其中,北方春播玉米种植区作为主要的生产区,种植面积达到2 563万hm2多,占全国的40%左右[2]。该地区地势平坦,地块面积大,适宜大型宽幅玉米收获机作业[3]。根据《超限运输车辆行驶公路管理规定》制定的实施办法,运输车辆车宽不得超过3.5m,限制了玉米收获机的工作幅宽。

基于上述问题,本文在广泛研究国外先进折叠式收获机割台技术的基础上,结合我国国情,依托现有技术,对折叠式玉米收获机割台进行了试验。

1 总体方案

1.1 基本结构

折叠式玉米收获机割台(如图1所示)主要由机架、连杆机构、摘穗单元体[4,5]、螺旋输送装置、液压系统和动力传动系统[7,8]等部分组成。机架由主机架和两个折叠机架组成,主机架上装有4个摘穗单元体,两个折叠机架上各有一个摘穗单元体,可同时收获6行玉米,割台工作幅宽4.5m,在主机架和折叠机架的传动轴和螺旋输送装置连接处都装有离合机构,连接主机架与折叠部分的动力。

1.主机架 2.液压缸 3.螺旋输送离合机构 4.折叠机架5.传动轴离合机构 6.摘穗单元体 7.搅龙

1.2 工作原理

割台的折叠过程由液压系统(如图2所示)控制,割台由折叠状态变为工作状态,液压油经A路流入平衡阀(5),平衡阀(5)将液压油均匀分到两主液压缸(1)内,并推动主液压缸(1)活塞杆前进,同时带动割台折叠部分展开,当活塞杆达到极限位置时,折叠部分完全展开,传动轴和螺旋输送装置处离合机构接触;此时,触碰到行程开关(4),横向移动液压缸(2)和锁定液压缸(3)的液压回路打开,横向移动液压缸(2)将分禾器推到工作位置,避免了结合时的碰撞,并为运输时节省空间,锁定液压缸(3)将折叠部分锁住,确保割台在工作时不分离。割台由工作状态变为折叠状态与以上过程正好相反。作业时,由动力输入轴输入动力,摘穗机构将玉米植株摘穗后传递给螺旋输送装置收集并传送给升运器;作业完成后,割台折叠部分由液压缸升起,方便道路上行走。

2 关键部件的研究与分析

2.1 传动轴离合机构

传动轴离合机构(如图3所示)的主动和从动牙嵌盘采用牙嵌离合机构,其圆周上均匀分布着梯形牙,并通过花键分别与主、从动轴连接,由弹性挡圈固定。离合机构结合时,主、从传动轴没有动力输入,离合机构结合工作情况分两种:一种是主、从动牙嵌盘恰好处于啮合位置,二者在弹簧力作用下啮合;另一种是主、从动牙嵌盘不在啮合位置,当动力传入后,主动轴带动主动牙嵌盘旋转,相对从动牙嵌盘滑动,到达啮合位置时,通过弹簧推动主动牙嵌盘与从动牙嵌盘啮合,动力得以延续。

1.主液压缸 2.横向移动液压缸3.锁定液压缸 4.行程开关 5.平衡阀

1.主动轴 2.主动牙嵌盘 3. 弹簧 4.左离合机构外壳5.右离合机构外壳 6.从动牙嵌盘 7.从动轴

离合机构结合时的作用力分析如图4所示。主动牙嵌盘以角速度ω旋转角度λ,同时在弹簧力的作用下,主动牙嵌盘轴向移动高度H,即离合机构结合需满足时间差Δt=t-t0≥0。式中,t=λ/ω,t0为主动牙嵌盘移动高度H所耗时间[9]。

在载荷的作用下,要求离合机构分离时所需要克服的摩擦阻力包括:牙嵌盘与花键之间的摩擦阻力和牙与牙之间的摩擦阻力[10]。

牙嵌盘与花键之间的压力为

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两者的摩擦阻力为

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式中 F—牙嵌盘平均直径处的圆周力;

μ—摩擦因数,通常取μ=0.1～0.2。

在工作中会产生轴向推力,计算公式为

Fτ=Ftan(α+ρ)

式中 α—牙的倾斜角;

ρ—牙与牙的摩擦角。

由此可求得离合机构结合时需克服的轴向力为

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结合时弹簧对牙嵌盘的轴向推力为

FS=A-KH

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式中 FS—弹簧对牙嵌盘的轴向力;

A—弹簧预紧力;

K—弹性系数。

由此可得

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2.2 螺旋输送装置离合机构

螺旋输送装置离合机构(如图5所示)与传动轴离合机构的作用相同,实现折叠机架与主机架部分的螺旋输送装置同步旋转。其工作原理也与传动轴离合机构相同。

1.主动轴 2.弹簧 3.主动牙嵌盘 4.左侧螺旋输送装置5.右侧螺旋输送装置 6.从动牙嵌盘 7.从动轴

3 试验及结果分析

2010年11月在山东省莱州市朱由镇,依据国家玉米收获机械相关标准,对折叠式玉米收获机割台的通过性、可靠性和液压系统等性能指标进行了试验测试(如图6所示)。

3.1 试验设备

试验设备包括自走式玉米收获机、JJ1000精密电子天平、电子秒表、卷尺和游标卡尺等。

3.2 试验结果及分析

经试验,折叠式玉米收获机割台各项性能指标(见表1所示)均达到国家行业标准。割台折叠过程流畅,折叠机构灵活可靠,液压系统稳定,折叠后有效实了现道路的通过性,作业面积30hm2未发生故障,主割台与折叠部分传动系统连接平稳,未出现动力无法连接的情况,一次收获6行玉米,生产率达到了1.104hm2/h。

3.3 存在问题

1)因考虑经济因素,试验安排在山东莱州进行,试验田地块面积小,长度短,而本割台适合在大面积地块作业,故调头试验相对用时稍多。

2)由于折叠割台液压系统接口较多,与我国目前玉米收获机主机的挂接、液压控制系统匹配还需改进。

4 结论

折叠式玉米收获机割台通过传动轴离合机构、螺旋输送装置离合机构和液压系统实现割台折叠,一次收获6行玉米,增大了收获幅宽,既提高了收获效率,又保障了道路的通过性。通过田间试验证明,该装置各项性能指标达到国家相关行业技术标准。

参考文献

[1]白人朴.我国玉米生产机械化进入了快速发展期[J].农业技术与装备,2008(7):6-7.

[2]国家统计局.我国粮食产量再上新台阶[N].中国信息报,2011-12-05(2).

[3]刘声春,张道林.我国玉米收获机研制现状及发展展望[J].农机化研究,2009,31(11):241-242,246.

[4]张道林,刁培松.无链式玉米收获秸秆还田装置:中国,200610045370.2[P].2008-01-02.

[5]张道林,刁培松.拨禾指式不对行玉米收获装置的试验[J].农业工程学报,2010,26(5):103-106.

[6]张道林,孙永进.立式玉米收获机的摘穗茎秆切碎复合装置:中国,03271472.6[P].2004-09-29.

[7]张道林,孙永进.立辊式玉米摘穗与茎秆切碎装置的设计[J].农业机械学报,2005,36(7):50-52.

[8]张道林,孙永进.自走式穗茎兼收型玉米联合收获机的设计与试验[J].农业工程学报,2005,21(1):79-81.

[9]卫汝棉.动力牙嵌离合器的设计[J].拖拉机,1985(4):14-19.

玉米收获机立式割台 第3篇

1 总体方案的确定

自走式不分行玉米联合收获机割台由4个不分行玉米收获单元和横向搅龙组成。收获单元由分禾器、拨禾喂入星轮、扶禾导入辊、拉茎辊、摘穗板、茎秆切碎刀等部件组成 (如图1) , 实现分禾→拨禾 (横向输送) →扶禾→有序导入→拉茎→摘穗→果穗输送的不分行玉米收获工艺流程。

2 主要部件的设计

2.1 拨禾星轮、拉茎辊、扶禾导入辊的设计

拨禾星轮位于割台中部, 它的结构尺寸与收获行距、拉茎辊长度、扶禾导入辊长度、横向拨禾效果、果穗输送效果有密切关系。若拨禾星轮直径过大, 则分禾器间距增大, 横向拨禾输送距离增大, 不利于不分行收获;若拨禾星轮直径过小, 则不利于拨送摘下的果穗, 同时拉茎辊长度缩小, 不利于拉茎和摘穗。对国内外有关摘穗板与拉茎辊式摘穗装置的研究表明:拉茎辊长度≥450mm、直径≤120mm、拉茎速度≥5m/s, 才能基本符合摘穗要求。为减小割台重力矩, 经研究确定采用较短的拉茎辊长度。由于我国玉米株高较高, 为确保拉茎效果, 采用较高的拉茎速度。具体数值为:拉茎辊的有效拉茎长度450mm, 直径120mm, 拉茎速度6m/s左右, 转速960r/min左右。拉茎辊形式为六棱锥形式, 最大棱高20mm, 前端间隙8mm, 后端间隙4mm, 以适应茎秆根粗稍细的物理特性, 使拉茎辊保持较均匀的拉茎效果, 以减少断茎秆。离拨禾星轮较远的拉茎辊前端设有与扶禾导入辊同长的螺旋段, 用于玉米植株的导向喂入;离拨禾星轮较近的拉茎辊前端设有带两叶片的导锥和不带叶片的光锥两种, 便于玉米植株的导向喂入 (经试验, 两种导锥都满足作业要求) 。

拉茎辊长度确定后, 搅龙位置随之确定, 拨禾星轮的直径也随之确定, 其直径为732mm, 扶禾导入辊的长度也随之确定, 其长度为250 mm。拨禾星轮的拨禾指制成30mm×30mm的截面, 由直线段和曲线段组成。扶禾导入辊直径120mm、螺距250mm、叶片高20mm。拨禾星轮若转速较高, 会影响拉茎辊拉茎, 易产生较多断茎和果穗飞溅, 若转速较低, 会影响拨禾星轮单株连续分禾、拨禾、横向输送、有序喂入、果穗输送。为保证拨禾星轮和拉茎辊匹配作业, 经计算和试验确定拨禾星轮的转速为50r/min左右。

扶禾导入辊配置在螺旋拉茎辊的输送螺旋段的上方, 其旋转方向向上, 将倾斜的玉米植株扶起, 并与旋转方向向下的螺旋拉茎辊和拨禾星轮配合, 使玉米植株变为直立状态, 并迅速向后导送到摘穗口, 实现玉米植株的有序喂入。确定扶禾导入辊直径与拉茎辊直径相同 (120mm) , 叶片高20mm。为了能将前倾的玉米植株扶起并向后输送, 扶禾导入辊的转速应高于拉茎辊的转速, 经计算和试验, 确定扶禾导入辊的转速为1310r/min左右。

2.2 分禾器的设计

分禾器也是实现不分行玉米收获的一个技术关键。收获作业时, 分禾器通过其前锥尖、弧形锥外壳及位于下部的作用边缘将田间的玉米植株拢向相邻两分禾器之间, 保证玉米植株在进入拨禾星轮工作区前不被推倒或折断。分禾器作用边缘的倾角应保证玉米茎秆向后滑移, 否则, 将会推倒或推弯甚至会折断玉米茎秆。分禾器的弧形锥外壳应具有一定的对倒伏植株的扶起作用。作业时还应保证玉米穗位高度始终高于分禾器作用边缘。为了避免分禾器推倒或折断玉米植株, 应尽量缩小分禾器的宽度和长度。经反复优化设计及试验, 选择分禾器长730mm、宽330mm, 分禾器尖的高度400～800mm, 分禾器两下作用边缘平面与地面的夹角-5°～15°。

2.3 分禾器间距的确定

相邻两分禾器的间距决定了分禾器的结构尺寸。分禾器间距大, 分禾器的结构尺寸增大, 易推倒或折断玉米植株, 且不利于拨禾星轮拨禾、横向输送;分禾器间距小, 分禾器的结构尺寸相应缩小, 分禾器的分禾效果提高, 有利于拨禾星轮拨禾、横向输送。因此, 应尽量减小相邻两分禾器的间距。

前述拨禾星轮的直径确定为732mm, 直径较大, 如果4个收获单元采用同一结构, 最小收获行距达750mm, 分禾器宽度达450mm, 不能适应我国各玉米产区的种植行距300～700mm、株距220～300mm的玉米收获。分禾器宽度较宽, 易推倒或折断玉米植株;分禾器间距较宽, 不利于满足不分行玉米收获要求。经试验研究, 确定割台采用相邻两收获单元结构对称、拨禾星轮交叉布置的结构。拨禾星轮采用交叉布置后, 互不干涉的最小中心距为610mm, 因此确定两分禾器间距为610mm, 相应确定分禾器的最小宽度为330mm。610mm的分禾器间距适应我国大多数玉米主产区的种植行距。

2.4 割台幅宽的确定

行走底盘的轮距为1800mm, 驱动轮宽度为400mm, 则两驱动轮外缘宽度为2200mm。为便于机器田间开道, 要求割台幅宽不宜小于2400mm;而长距离公路运输又要求不能超宽。根据这些约束, 确定该自走式不分行玉米收获机的割台由4个收获单元组成, 幅宽为2440mm。

2.5 割台搅龙的设计

拨禾星轮直径和拉茎辊长度及其位置确定后, 即可确定割台搅龙位置。拨禾星轮外圆与搅龙外圆的距离是影响果穗啃穗、断穗及子粒损伤的重要因素之一, 若距离过小, 则会产生大量的果穗啃穗、断穗及子粒损伤现象;若距离过大, 则拨禾星轮不能有效地把果穗输送到搅龙。经试验研究, 确定其距离为53mm。为了有效减少搅龙啃穗现象, 搅龙外缘焊有直径8mm的圆钢筋。搅龙转速、搅龙间隙也是影响果穗断穗、啃穗及子粒损伤的因素之一, 若搅龙转速较高、间隙较大, 则造成断穗、啃穗及子粒损伤的机会增大;若搅龙转速较低, 则影响果穗和断茎的输送。经试验研究, 确定搅龙转速为120r/min左右, 搅龙与壳体的间隙为5mm。

2.6 茎秆切刀的设计

在拨禾星轮下方设有高速旋转的茎秆切刀, 能将拉茎辊拉下的茎秆切碎成长8cm左右的小段, 切刀和拨禾星轮安装在同一齿轮箱上, 其动力由拉茎辊箱输出, 切刀轴上装有离合器, 可根据需要打开或关闭切刀。

3 结语

玉米收获机立式割台 第4篇

玉米是我国三大粮食作物之一,2012年我国玉米产量达到2.08亿t,超过水稻成为第一大粮食作物。 我国玉米种植区域大,种植模式多种多样,包括垄作、 平作、套作等,并且种植行距不统一,从300 ~ 800mm不等。玉米种植模式和种植行距不统一,导致玉米收获机在收获时容易将玉米植株推倒,造成损失。

长期以来,对行收获问题一直被视为玉米收获机发展的瓶颈。近年来,很多学者、企业对此进行了探索,如采用加大分禾链开口、增设扶禾杆和往复式切割与分禾器配合的方式提高行距适应性。山东理工大学研制的拨禾指式玉米收获机,采用先割断秸秆、 再拨禾摘穗的技术,通过分禾器、拨禾指、甩刀与摘穗机构的优化组合,提高了行距适应性; 但还远未达到机具跨区作业的需要。为此,本文对茎秆切断高扶禾技术进行了研究,以提高玉米收获机的行距适应性。

1设计原理及机构

1.1结构简图

玉米收获机割台主要由由分禾器、茎秆切割装置、摘穗装置和高扶禾装置和机架组成。其结构如图1所示。

1.玉米茎秆2.扶禾装置3.分禾器4.茎秆切割装置5.摘穗装置6.机架

1.2工作原理

收获机作业时,分禾器将玉米植株分开,随着机器前进,玉米植株进入到扶禾装置工作区; 茎秆切割装置切断玉米植株,玉米植株在扶禾装置和拨禾链的作用下喂入摘穗装置。

拨送过程由玉米茎秆是否切断分为聚拢和脱出两个阶段: 在茎秆切断前的聚拢阶段,茎秆受到扶禾轮的聚拢作用拨指向内运动,直至被拨送到切断位置,由茎秆切割装置的动刀和定刀将茎秆切断; 切断后的脱出阶段,茎秆可看做自由杆件,由扶禾指拨送到拨禾链上,然后喂入摘穗装置。

1.3行距适应性分析

玉米植株在分禾器的作用下,沿分禾器进入高扶禾装置。扶禾轮与拨禾链拨禾作用比较如图2所示。 扶禾轮的扶禾点位于A处,扶禾轮替代拨禾链起到了拨禾的作用,如图2所示。

由悬臂梁应变公式,最大挠性变形位于作用力的作用点处,其值为

其中,F为茎秆所受作用力,E为茎秆的弹性模量,I为惯性矩,d为玉米茎秆直径。

由图2可以看出: 玉米茎秆在拨送高度L上的挠性形变量小于其最大形变量; 由于茎秆在扶禾轮作用下挠度x L不超过扶禾轮最大直径的设计值,所以进入分禾器范围的玉米植株都能够被收获。由图3可以看出: 收获行距较传统机型由l增加到了L,提高了提高了玉米收获机械对种植行距的适应性。

L.扶禾轮高度h.拨禾链高度F.扶禾轮对茎秆的力P.拨禾链对茎秆的力xh.茎秆在h高度上的最大挠度x L.茎秆在扶禾轮作用下挠度xmax.茎秆在L高度上的最大挠度

1.分禾器2.茎秆切割装置3.扶禾装置4.摘穗装置

2拨禾过程分析

2.1聚拢过程的分析

聚拢过程从玉米茎秆接触拨禾指远端A开始,到达B时,茎秆由切割装置切断,聚拢过程结束,此过程中扶禾轮转角为 ф1。聚拢过程中茎秆与拨禾指接触部分在拨禾指的作用下做类圆周运动。由于玉米茎秆初速度为0,拨禾指和玉米茎秆会产生相对滑移,所以玉米茎秆与拨禾指接触的部分的绝对运动可分解为绕扶禾指圆心O的转动,即牵连运动和玉米茎秆在扶禾指上的滑动,即相对运动。与此同时,由于收获机的前进,玉米植株与扶禾轮在收获机行进方向上还有相对位移。聚拢过程中玉米茎秆的受力分析如图4所示。

扶禾轮圆心为O,扶禾指渐开线基圆圆心为O’, 将玉米茎秆受到的外力做正交分解,则有

其中,F为玉米茎秆由挠性变形x所产生的弹性力,其大小为方向指向玉米茎秆直立时的轴线;f为玉米茎秆与扶禾指相对滑动产生的摩擦力,其大小为f=μN,μ为摩擦因数;弹性力F与切线t-t的夹角为β。

当扶禾指经过t时间转过角度 ф1,玉米茎秆在合力R的作用下进行位移并与扶禾指相对滑动的同时, 茎秆与扶禾轮的相对位置也变化了v0t 。转角的增加促进了茎秆的相对滑移,使得茎秆位置所对应的展角 θ 减小,进而导致压力角 α 的减小; 转角的变化和杆轮相对位置的变化改变着玉米茎秆的挠度x和弹性力F与切线t-t的夹角 β,所以玉米茎秆在变合力R的作用下完成聚拢过程。

2.2脱出过程的分析

随着聚拢过程的完成,玉米茎秆与扶禾指的接触部分会在扶禾指的根部随扶禾指做圆周运动。当扶禾指带动着玉米茎秆到达切割位置,茎秆被切断; 受扶禾轮拨送的玉米茎秆失去了植株基部的束缚,挠性变形所产生的弹性力F消失,可以看做自由杆。

脱出过程开始时,茎秆在扶禾指根部随扶禾轮做圆周转动,在水平面上受力如图5所示。

其中,f1、f2为摩擦力,ω 为扶禾轮转速。

当茎秆在扶禾指根部做圆周运动时,f1、f2为静摩擦力; 当茎秆有向外运动的趋势时,N2消失,摩擦力f2也消失,式( 4) 改写为

其中,μ 为动摩擦因数,进一步可得

由式( 6) 可知: 若转速增大,茎秆要在扶禾指根部做圆周运动就需要扶禾指提供足够大的支反力N1; 当转速 ω 足够大时,茎秆就会甩出,且压力角 α 越大,茎秆越容易甩出,当 α= 90°时有

在水平面上,脱出过程从A到B,转角为ф 2,如图6所示。

同时,茎秆在竖直面上还受重力、扶禾指的拨送力和因拨送力产生的摩擦力的作用,竖直面内茎秆的受力如图7所示。其质心高度为L,茎秆底端距离地面h。

果穗位置较低,扶禾轮拨送位置在果穗上方,扶禾轮的拨送力N对质心O必然产生力矩M,导致茎秆倾斜。若要使茎秆的倾斜度小,拨送位置应该位于质心附近,并且脱出过程要短,否则自由杆件难以控制。 随后,茎秆由扶禾轮和拨禾链共同拨送茎秆,如图8所示。拨禾链作用于茎秆上的力P对重心O力矩可以平衡力矩M。

3基于ADAMS的茎秆脱出过程仿真

图6所示茎秆从A运动到B点的过程比较复杂, 借助于ADAMS仿真软件进行模拟,仿真界面和模型如图9所示。

扶禾轮基圆半径75mm,外径200mm。取切断后玉米茎秆的密度 ρ = 500kg /m3,茎秆直径d = 0.02m,茎秆长度h = 1.4m扶禾指与茎秆的动摩擦因数为0.3, 由图6得出 ф2在35° 左右,用30r /min进行仿真试验,仿真结果如图10 ~ 图12所示。当扶禾轮转速为30r / min时,从A到B历时0.19s。由图11可以得出, 茎秆质心水平面上的合速度约为1.8m /s,拨禾链速度为2m /s,速度差距不大; 由图12可以得出,茎秆向下运动了0.18m,所以茎秆切割装置留茬应在20cm左右。

4结论

1) 通过分析现有玉米不对行收获技术,提出了新型不对行玉米收获机的必要性和可能性。

2) 通过对聚拢过程和脱出过程的理论和仿真分析,得到了玉米茎秆在扶禾轮作用下的受力情况和运动情况,验证了本割台的可行性。

3) 通过仿真试验得到,渐开线型扶禾指的参数为,基圆半径75mm,外径200mm; 扶禾轮转速n = 30r / min,留茬高度20cm左右,为割台的设计提供了依据。

摘要：为解决玉米收获机不对行收获问题,研发一种新型玉米收获机不对行割台。本割台主要由分禾器、茎秆切割装置、摘穗装置和扶禾装置组成。扶禾装置能有效避免因行距不适所造成的推倒拉断等现象。茎秆喂入过程分为聚拢和脱出两个过程,通过ADAMS对脱出过程进行仿真分析确定了关键参数,为割台的设计提供了依据。